铝基复合材料.
铝基复合材料介绍
铝基复合材料，泛指以铝合金为基体（连续体）的复合材料，品种众多，功能各异。从 复合材料品种来分，主要分两大类：陶瓷颗粒增强铝基复合材料；纤维以及晶须增强的铝基 复合材料，当然，两者也经常混合在一起作为增强项以提供更为优异的性能。更多的时候， 是从材料功能及应用领域来分类的。下面介绍法迪公司目前提供的品种：
Alvaco 采用内部真空的薄壁球状陶瓷颗粒替代传统实心颗粒，并添加短碳纤维、短陶 瓷纤维增韧，浸渗铝合金液体后成形。材料典型特点：
1. 密度小：材料密度 1.4-1.6，典型 1.5（视其中加入的其它增强相而定），约为 铝合金的一半；
2. 机械加工性能得到大幅提升：可攻丝、可铣曲面，加工性能类似 7 系铝合金， 这是传统陶瓷颗粒增强材料无法做到的；
极限抗拉强度 曲服强 断裂伸长率
（MPa）
度(MPa)
(%)
弹性模量 (GPa)
洛氏硬 度(HRB)
10#陶瓷增强铝合金
338
303
1.2
86.2
73
20#陶瓷增强铝合金
359
338
0.4
98.6
77
注：基体合金为 ZL102，金属模铸造，T6 热处理。挤压铸造指标略高。
典型应用：
1. 用于制造刹车盘、刹车鼓、制动卡钳、缸套、悬架臂、车架、曲轴箱等结构件， 替代钢材可减重一半以上。
左图为 Alvaco 的晶相 图，球形的是氧化铝陶瓷中 空微珠，内真空。白色为铝 合金。
材料指标典型值：
抗弯强度：95MPa；
弹性模量：85GPa；
剪切模量：34GPa；
热导率：90W/mK；
热膨胀系数：8.5ppm；
电阻率：30µOhm-cm；
金属基复合材料应用举例
金属基复合材料应用举例金属基复合材料是指以金属为基体，添加一种或多种增强相（如纤维、颗粒、片材等）来改善金属材料的性能和功能的一类材料。
金属基复合材料具有高强度、高韧性、高温稳定性等优点，因此在航空航天、汽车、船舶、电子等领域得到广泛应用。
以下是十个金属基复合材料的应用举例：1. 铝基复合材料：铝基复合材料由铝基体和增强相（如陶瓷颗粒、碳纤维等）构成，具有低密度、高强度、耐磨损等特点。
在航空航天领域，铝基复合材料被用于制造飞机机身、航天器传动系统等部件。
2. 镁基复合材料：镁基复合材料具有低密度、高比强度和良好的导热性能，广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域。
例如，在汽车行业中，镁基复合材料被用于制造车身结构和发动机零部件，可以减轻车重，提高燃油效率。
3. 钛基复合材料：钛基复合材料由钛基体和增强相（如陶瓷颗粒、纤维等）构成，具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性能。
在航空航天领域，钛基复合材料被用于制造飞机发动机叶片、航天器外壳等高温部件。
4. 镍基复合材料：镍基复合材料由镍基体和增强相（如陶瓷颗粒、纤维等）构成，具有高温强度和良好的耐腐蚀性能。
在航空航天领域，镍基复合材料被用于制造航空发动机涡轮叶片、燃烧室等高温部件。
5. 铜基复合材料：铜基复合材料由铜基体和增强相（如碳纤维、陶瓷颗粒等）构成，具有高导电性和高热导率。
在电子领域，铜基复合材料被用于制造高性能散热器、电子封装材料等。
6. 钨基复合材料：钨基复合材料由钨基体和增强相（如碳纤维、陶瓷颗粒等）构成，具有高密度、高熔点和高强度。
在核工业领域，钨基复合材料被用于制造核反应堆材料、高温组件等。
7. 铁基复合材料：铁基复合材料由铁基体和增强相（如碳纤维、陶瓷颗粒等）构成，具有高强度和良好的耐磨性。
在机械制造领域，铁基复合材料被用于制造高性能齿轮、轴承等零部件。
8. 锆基复合材料：锆基复合材料由锆基体和增强相（如陶瓷颗粒、纤维等）构成，具有高温稳定性和良好的耐腐蚀性能。
铝基复合材料
铝基复合材料的制造工艺
连续纤维增强铝基复合材料的制造 1 粉末冶金法 2 高能-高速固结工艺 3 压力浸渗铸造工艺 4 液态金属搅拌铸造法
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粉末冶金法
粉末冶金法是最早用来制造铝基复合材料的方法,是 一种比较成熟的工艺方法。采用粉末冶金法时,首先将颗 粒增强物和铝合金粉末用机械手段均匀混合,进行冷压实, 然后加热除气,在液相线与固相线之间进行真空热压烧结, 得到复合材料的坯料,在将坯料进行挤压、轧制、锻造、 拉拔等二次加工就可制成所要的型材零件。
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常见铝基体
工业纯铝 铸造冶金变形铝合金（2014、2024、2124
等，且不选含Mn Cr的铝合金，因其产生脆 性相 ） 粉末冶金变形铝合金 铸造铝合金 新型铝合金
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复合材料增强基
分类： 连续的和非连续的纤维、晶须、颗粒。
特性： 高强度、高模量、高刚度、抗疲劳、耐
热、耐磨、抗腐蚀、热膨胀系数小、导电、 导热以及润湿性、化学相容性、易加工等。
硼纤维增强铝基复合材料用于航天飞机主舱体龙骨桁架和支柱
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二、短纤维增强铝基复合材料 特点：在室温和高温下的弹性模量有较大的提高，但线膨胀
系数由所下降，耐磨性改善，并具有良好的的导热性。
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2、碳—铝复合材料 特点：碳纤维的长度与直径比例对碳—铝复合材料的性能有很大
的影响（当长径比增大时，抗拉强度增大，增大到一定值时， 抗拉强度又开始减少）
金属基复合材料常用基体有铝、镍、镁、钛及其合 金。
3
铝基复合材料基体
铝有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性 好,熔点低制备工艺简单。
铝基复合技术容易掌握,易于加工，比强度 和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐 磨,阻尼性能好,热膨胀系数低。
铝基复合材料的发展现状与研究样本
铝基复合材料的发展现状与研究样本铝基复合材料是以铝为基体材料，通过添加一定量的强化剂或增强材料制成的材料。
铝基复合材料具有优异的力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能等特点，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。
随着科技的不断进步，铝基复合材料的研究与发展也变得越来越重要。
目前，铝基复合材料的研究主要集中在以下几个方面。
首先，增强剂的研究。
铝基复合材料中的增强剂起到增加材料强度和刚度的作用。
目前常用的增强剂有陶瓷颗粒、纤维和纳米颗粒等。
通过改变增强剂的尺寸、形状和含量等因素，可以调控铝基复合材料的力学性能。
其次，界面的研究。
界面是铝基复合材料中起到连接基体和增强剂之间作用的关键部分。
研究表明，优化界面相互作用可以有效提高铝基复合材料的力学性能。
因此，界面改性成为当前铝基复合材料研究的热点。
此外，加工工艺的研究也是铝基复合材料发展的关键。
复合材料的加工工艺对于材料的力学性能和成本都具有重要影响。
目前，常用的加工工艺包括热压、挤压和等离子弧焊等。
通过优化加工工艺参数，可以制备出具有理想力学性能的铝基复合材料。
另外，近年来，铝基纳米复合材料也成为铝基复合材料研究的热点之一、铝基纳米复合材料是将纳米颗粒加入到铝基复合材料中，可以显著改善材料的力学性能和热性能。
这得益于纳米颗粒的小尺寸效应、高比表面积和界面效应等特点。
总体来说，铝基复合材料的研究与发展主要集中在增强剂的研究、界面的研究、加工工艺的研究和铝基纳米复合材料的研究等方面。
随着科技的不断进步和社会对材料性能的不断需求，铝基复合材料在实际应用中的发展前景将会更加广阔。
颗粒增强铝基复合材料的制备方法
颗粒增强铝基复合材料的制备方法大家好，今天咱们聊聊颗粒增强铝基复合材料的制备方法，这听上去可能有点高大上，不过别担心，我会把它说得简单易懂，甚至有点幽默，让你觉得像是在听一场轻松的故事会。
1. 什么是颗粒增强铝基复合材料？首先，咱们得了解一下啥是颗粒增强铝基复合材料。
说白了，这种材料就是在铝合金里加入一些颗粒，目的是让铝合金更强、更耐磨。
像什么？嗯，像在铝基“菜谱”里加点特别的调料。
就好比你做饭时加点盐和胡椒，能让味道更棒。
铝基复合材料的颗粒可以是各种各样的，比如碳化硅、氮化铝等等。
这些颗粒在铝里就像小卫兵，增强了铝的性能，让它在各种条件下都能表现出色。
2. 制备方法大揭秘好啦，既然知道了什么是颗粒增强铝基复合材料，那咱们就来看看怎么做它们。
这个过程其实有点像制作美味的泡面，得有步骤、有材料。
大致可以分为几个步骤：2.1 选择颗粒首先，选择合适的颗粒。
这个环节就像挑选食材，你得考虑颗粒的种类、大小和分布。
不同的颗粒会带来不同的效果，就像不同的配料会改变一道菜的风味。
比如，碳化硅颗粒可以增加硬度，而氮化铝颗粒则可以提高热导率。
选对了颗粒，就能让铝合金在各种应用中表现得更棒。
2.2 混合和熔炼接下来，就是混合和熔炼的过程。
这个环节有点像把各种材料搅拌在一起，确保颗粒均匀分布。
首先，把铝合金加热到一定的温度，使其熔化。
然后，把选好的颗粒加入熔融铝中，搅拌均匀。
这个步骤很关键，搅拌得不够均匀的话，颗粒可能会在铝合金中“散步”，导致性能不稳定。
想象一下，炒菜时油和调料如果不均匀，那味道可就差得多了。
2.3 成型和冷却最后，把混合好的铝合金倒入模具中，等待它冷却和凝固。
这个过程就像是给铝合金穿上一件新衣服，让它“定型”。
冷却的速度和温度都会影响最终的性能，所以这一步也要控制得当。
冷却得太快，可能会导致材料内部出现裂纹；冷却得太慢，又可能会影响硬度。
就像你在做蛋糕时，烤箱的温度和时间都要把握好，不然蛋糕就会不成型。
碳化硅铝基复合材料
Байду номын сангаас 应用
在汽车领域旳应用
美国旳Duralcan研制出用SiC颗粒增强铝基复合材料制造汽 车制动盘,用其替代老式铸铁制动盘，使其重量减轻了60%~40%, 而且提升了耐磨性能,噪音明显减小,摩擦散热快; 同步该企业还用SiC颗粒增强铝基复合材料制造 了汽车发动机活塞和齿轮箱等汽车零部件,这种 汽车活塞比铝合金活塞具有较高旳耐磨性、良 好旳耐高温性能和抗咬合性能,同步热膨胀系数 更小,导热性更加好。
制造工艺
喷射共沉淀法
制造工艺
优点：
增强颗粒分布均匀 没有严重旳界面反应 基体组织有迅速凝固特征 呈细小等轴晶形态等优点 且产率高 易于制备大件。
制造工艺
压力浸渗工艺
原理：压力浸渗工艺是先将增强体制成预制件, 再将预制件放入模具后,以惰性气体或机械装置为 压力媒体将铝液压入预制件旳间隙,凝固后即形成 复合材料。
应用
铸造SiC颗粒增强 A356和A357复合材料 能够制造飞机液压管 、直升机旳起落架和 阀体等
应用
在精密仪器和光学 仪器旳应用研究方面, 铝基复合材料用于制 造望远镜旳支架和副 镜等部件。
应用
在航空航天领域旳应用 Cercast企业采用熔模铸造工艺研制成A357SiC20%Vol+ 复合材料,用该材料替代钛合金制造直径达180mm、重 17.3kg旳飞机摄相镜方向架,使其成本和重量明显降低, 同步该复合材料还可用来制造卫星反动轮和方向架旳支 撑架。 美国DWA企业用/6061SiC 25%p铝基复合材料替代7075 制造航空构造旳导槽、角材，使其密度下降了17%，模 量提升了65%。
SiC铝基合金复合材料 ——制备工艺
组员：
目录
1、生产背景 2、构造组织 3、制造工艺 4、利用
铝基复合材料的制备及其热学性能研究
铝基复合材料的制备及其热学性能研究铝基复合材料又称为铝基复合材料，是由铝与另一种非金属或金属元素制得的材料，常用的非金属元素包括氧、硅、碳等，常用的金属元素包括钛、镁等。
铝基复合材料具有高强度、高刚度、轻量化、抗腐蚀性好等优点，在航空、车船制造、电子等领域有广泛的应用。
本文将介绍铝基复合材料的制备方法及其热学性能研究。
一、铝基复合材料的制备方法（一）机械合金化机械合金化是将两种或两种以上的粉末在高能球磨机中进行混合和反应的方法，使粉末中的原子和分子互相融合，形成均匀的合金混合物。
通过机械合金化方法可以制备出不同组分、不同形貌的复合粉末，从而制备出不同性能的铝基复合材料。
（二）热压法热压法是将预先压制得到的铝基复合材料粉末，在高温和高压条件下进行加热压实，使得不同粒子在原位形成连续增长的晶粒，最终形成密实的铝基复合材料。
（三）多相反应烧结法多相反应烧结法是将多种原始材料在高温下进行反应，形成不同的化合物，其中铝是主要的基体材料，其他化合物则填充在铝的孔隙中。
采用多相反应烧结法可以制备出不同性能的铝基复合材料。
二、铝基复合材料的热学性能研究（一）热膨胀性能热膨胀性是指材料在温度变化时线膨胀或线收缩的性质，是复合材料进行热设计的重要参数之一。
铝基复合材料的热膨胀性能受到基体铝和填充物的影响。
通常铝基复合材料的热膨胀系数比铝合金低，但高于陶瓷。
（二）热导率热导率是材料传导热量的能力，是衡量材料热学性能的重要指标之一。
铝基复合材料的热导率不仅取决于基体铝和填充物的种类和形态，还受到材料的制备方法和微观组织的影响。
（三）融合温度融合温度是指材料开始熔化的温度。
铝基复合材料的融合温度受到不同基体铝和填充物的影响。
通常情况下，铝基复合材料的融合温度比铝的融点要高。
（四）热稳定性热稳定性是指材料在高温状态下的稳定性，主要包括材料的热氧化稳定性和热环境稳定性。
铝基复合材料的热稳定性受到填充物的种类和形态的影响，一般情况下，填充物越稳定，铝基复合材料的热稳定性越好。
铝基复合材料的制备与性能研究
铝基复合材料的制备与性能研究铝基复合材料是一种结构轻、强度高的先进材料，因其具有良好的综合性能，广泛应用于飞机、航天器以及高速列车等领域。
本文将探讨铝基复合材料的制备方法以及其性能研究。
一、制备方法铝基复合材料的制备方法主要有粉末冶金法、热压力法和表面处理复合法等。
其中，粉末冶金法是一种常见的制备铝基复合材料的方法。
这种方法通过将金属粉末和增强相粉末混合，利用高温和高压进行烧结和热机械压实，使其形成均匀的复合结构。
热压力法则是将预先制备好的增强相附加在铝基体上，并在高压和高温下进行压实，使其与铝基体结合紧密。
表面处理复合法则是通过在铝基体表面进行化学处理，形成一层与增强相似的物质，再将增强相粘贴在其上，通过热处理将其牢固结合。
二、性能研究铝基复合材料具有良好的性能，主要表现在以下几个方面：1. 机械性能：铝基复合材料的机械性能优异，强度高、硬度大。
这主要得益于增强相的加入，使其成为一种具有强韧性的材料。
通过对不同增强相的选择和控制，可以调节铝基复合材料的力学性能，使其适用于不同的工程领域。
2. 热性能：铝基复合材料的热导率相对较低，热膨胀系数相对较小。
这使得铝基复合材料在高温环境下具有稳定的性能，并能够抵抗热膨胀引起的变形和应力。
3. 导电性：铝基复合材料具有优良的电导性能，可以广泛应用于电子器件和导电材料领域。
增强相的加入可以提高铝基复合材料的导电性，进而提高其在导电领域的应用性能。
4. 耐腐蚀性：铝基复合材料具有较好的耐腐蚀性能，能够抵抗酸碱等腐蚀介质的侵蚀。
这使得铝基复合材料在化学工业等领域具有广泛的应用前景。
在铝基复合材料的性能研究中，可以通过各种表征手段来评估材料的性能。
例如，利用扫描电子显微镜（SEM）来观察材料的微观形貌和界面结构；利用X射线衍射（XRD）来分析材料的晶体结构和相组成；利用力学测试方法来评估材料的强度和硬度等。
这些手段的综合运用可以全面地评价铝基复合材料的性能，并为其进一步的应用研究提供指导。
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要的材料之一。
常见铝基体
（1）工业纯铝 （2）铸造冶金变形铝合金（常见有2014、2024、2124 等，且不含Mn、Cr的铝合金，因其产生脆性相 ） （3）粉末冶金变形铝合金 （4）铸造铝合金
（5）新型铝合金
复合材料增强基
分类：连续的和非连续的纤维、晶须、颗粒 特性：
高强度、高模量、高刚度、抗疲劳、耐热、耐磨、抗腐 蚀、热膨胀系数小、导电、导热以及润湿性、化学相容性、
铝基复合材料基体
铝有许多特点，如质量轻、密度小、可塑性好， 熔点低制备工艺简单。 铝基复合技术容易掌握，易于加工，比强度和比 刚度高，高温性能好，更耐疲劳和更耐磨，阻 尼性能好，热膨胀系数低。 同其他复合材料一样，它能组合特定的力学和物 理性能，以满足产品的需要。因此，铝基复合 材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重
变形铝合金基复合材料
铸造铝合金基复合材料 新型铝合金基复合材料 工业纯铝基复合材料
以特性分类
功能复合材料
结构复合材料
智能复合材料
铝基复合材料的制造工艺
连续纤维增强铝基复合材料的制造方法：
1、粉末冶金法
2、高能-高速固结工艺
3、压力浸渗铸造工艺
4、液态金属搅拌铸造法
颗粒增强铝基复合材料的制造方法： 1、粉末冶金 2、搅拌熔铸 3、压力铸造 4、喷射沉积 纳米管铝基复合材料的制备方法： 1、粉末冶金 2、搅拌铸造 3、熔体浸渍 4、原位合成
优点：
高能量高速度脉冲有利于将冷模中的导电粉体 快速加热到指定温度，从而控制相变和组织粗
化，这是常规粉末冶金工艺无法实现的。高能高速固结工艺可使复合材料的相对密度达95%以 上。
压力浸渗工艺
压力浸渗工艺是先将增强体制成预制件，再将 预制件放入模具后，以惰性气体或机械装置
为压力媒体将铝液压入预制件的间隙，凝固
后即形成复合材料。 这种工艺简单，但预制件中的气体不易在凝 固前排出而造成气孔与疏松，同时预制件也 易产生变形和偏移。
液态金属搅拌铸造法
液态金属搅拌铸造法的基本原理是将颗粒增强物直接加 入到熔融的铝合金中，通过一定方式的搅拌使颗粒均匀 地分散在基体熔体中，复合成颗粒增强铝基复合材料。
复合好的熔体可浇铸成锭坯、铸件等使用。这种工艺简
2 、在航空航天领域的应用
Cercast公司采用熔模铸造工艺研制成A357
铝基复合材料及其应用
1、综述 2、种类及分类
3、材料的制备工艺
4、结构与性能 5、应用 6、实例分析
金属基复合材料的综述
金属基复合材料，是在各金属材料基体内用多种 不同复合工艺，加进增强体，以改进特定所需的机械 物理性能。金属基复合材料在比强度、比钢度、导电 性、耐磨性、减震性、热膨胀等多种机械物理性能方 面比同性材料优异得多。金属基复合材料(MMCs)有 铝基、镁基、钛基、镍基、铁基复合材料等多种,其 中尤以铝基复合材料发展最快而成为金属基复合材料 中的主流。
（一）、长纤维增强铝基复合材料性能
1、硼—铝复合材料
特点：有优异的疲劳强度，比强度和比模量高，尺寸稳定性
好，线膨胀系数与半导体芯片非常接近。
硼纤维增强铝基复合材料用于航天飞机主舱体龙骨桁架和支柱
（二）短纤维增强铝基复合材料
特点：在室温和高温下的弹性模量有较大的提高，但线膨胀系数
由所下降，耐磨性改善，并具有良好的的导热性。
铝基复合材料的应用
1、在汽车领域的应用
美国的Duralcan研制出用SiC颗粒增强铝基复合材料
制造汽车制动盘，用其代替传统铸铁制动盘，使其重 量减轻40%~60%，而且提高了耐磨性能，噪音明显减 小，摩擦散热快；同时该公司还用 SiC 颗粒增强铝基 复合材料制造了汽车发动了活塞和齿轮箱等汽车零部
件，这种汽车活塞比铝合金活塞具有较高的耐磨性、
良好的耐高温性能和抗咬合性能，同时热膨胀系数更 小，导热性更好。
用 SiCp/Al 复合材料制成的汽车齿轮箱在
强度和耐磨性方面均比铝合金齿轮箱有
明显的提高。铝合金复合材料也可以用 来制造刹车转子、刹车活塞、刹车垫板、 卡钳等刹车系统元件。
上个世纪80年代,日本丰田公司成功地用/AlOAl32复合材 料制备了发动机活塞,与原来的铸铁发动机活塞相比,重量 减轻了5%~10%,导热性提高了4倍。
单、生产效率高、制造成本低廉。复合好的铸锭经重熔 后，可精密压成各种型材、管材、棒材等。
它是目前最成熟、最具竞争力、也是工业化规模生产
铝基复合材料的最主要的方法。
铝合金复合材料的结构与性能
碳纤维增强铝基复合材料结构
Ⅰ、用液态浸渍法制备（概念） 其铝基中无方向性，表明具有各向异性。 Ⅱ、用固态热压法制备（概念） 其铝基中含有纤维，表明具有较高拉伸强度。
粉末冶金法
粉末冶金法是最早用来制造铝基复合材料
的方法，是一种比较成熟的工艺方法。采
用粉末冶金法时，首先将颗粒增强物和铝 合金粉末用机械手段均匀混合，进行冷压 实，然后加热除气，在液相线与固相线之 间进行真空热压烧结，得到复合材料的坯
料，在将坯料进行挤压、轧制、锻造、拉
拔等二次加工就可制成所要的型材零件。
优点:
可将增强物颗粒和铝合金粉按任意比例混 合,而且混合均匀性好 ,不会出现偏析和偏聚 , 制备的复合材料机械性能较高。
缺点：
粉末冶金法制造工艺及装备复杂,生产成本
高。
高能-高速固结工艺
在短时间内使陶瓷颗粒和铝合金粉末的混合物受到 高脉流的放电作用后，迅速提高能量，并在较小外 力作用下，使之固结成复合材料的工艺。
易加工等。
铝基复合材料的增强纤维有硼纤维，碳纤维，碳化硅纤 维等。
铝复合材料的种类与分类
铝合金材料可按增强相,铝基体及材料特性三方面进行 分类。 按增强体分类：
长纤维增强复合材料 短纤维增强复合材料 颗粒增强复合材料 混合增强复合材料 纳米复合材料 层合复合材料 倾泻复合材料 表面复合材料
以铝基体分类
（三）碳—铝复合材料
特点：碳纤维的长度与直径比例对碳—铝复合材料的性能有很 大的影响（当长径比增大时，抗拉强度增大，增大到一定值
时，抗拉强度又开始减少）
（四）晶须和颗粒增强铝基复合材料
特点：优异的性能，制造方法简单，增强体主要是碳化硅和氧 化铝。 碳化硅：随它的含量增加，抗拉强度和弹性模量都增加氧化铝： 比强度和比刚度高。